3Dプリンターで2D素材に構造物を作る

Aug 12, 2023

グラフェンやその他の 2D 材料の卓越した特性を活用する探求において、グラフェン フラッグシップ アソシエイテッド メンバーである KTH 王立工科大学 (スウェーデン) とグラフェン フラッグシップ パートナーであるドイツ連邦国防軍ミュンヘン大学 (ドイツ) および SENS 研究センターの研究者が力を合わせて構造を構築しました。市販の2光子3Dプリンター内蔵レーザーによる直接描画による2D素材。 ACS Nano に掲載されたこの技術は、ホウケイ酸ガラスのカバースリップ上で成長または転写された二セレン化プラチナ、二硫化モリブデン、およびグラフェンに作用しました。

光リソグラフィーやレーザー干渉リソグラフィーなどの従来の方法では、2D 材料を保護レジスト マスクでコーティングする必要があり、エッチング中に 2D 材料の特定の領域のみを露出させることができます。 ただし、フォトレジストのコーティング、現像、除去のプロセスにより、2D マテリアルが損傷する可能性があります。

この研究で紹介された技術はマスキング層を必要としないため、基板の汚染や損傷を回避できます。 2D 材料を構造化するために、研究者らは油浸対物レンズと透明な基板を使用しました。 研究チームは、わずか数秒で 200 μm × 200 μm の領域にナノホール (直径 100 nm 以上) を生成することができました。

この取り組みは、標準的な微細加工施設を利用できない科学者や産業関係者が 2D 材料に基づいた新しい概念やデバイスを探索できるため、特に興味深いものです。 2 光子 3D プリンタは安価になり、研究室や企業でより一般的になってきているため、この方法を使用して、さまざまな研究分野で新しい 2D 材料ベースのデバイスを迅速にプロトタイプ作成および製造できます。

「クリーンルームの外で 2D 材料を扱う方法を提供することで、このエキサイティングな研究分野に取り組むハードルが下がります」と、この研究の筆頭著者の 1 人であるアレッサンドロ エンリコ氏は述べています。彼はかつてマイクロ・ナノシステム部門 (MST) で働いていました。 KTHで修士号を取得し、最近イタリアのパヴィア大学に転勤しました。 「このアプローチには、従来のリソグラフィープロセスに比べて他の利点もあります。それは、材料がコーティングと溶剤洗浄の複数のステップによって損傷したり汚染されたりしないことです。 化学薬品を使用しないということは、2D 材料の研究と製造において、より環境に優しいアプローチを意味します」と研究者は付け加えました。

2光子3Dプリンターを使用した2D材料のナノパターニング。 (a) レーザー書き込みアプローチの 3D 概略図。 2D 材料は、薄いカバーガラスの前面に成長または転写されます。 (b)、(c)、および (d) は、それぞれ二セレン化白金 (PtSe2)、二硫化モリブデン (MoS2)、およびグラフェンのナノホール アレイを示しています。 スケール バー、PtSe2 の場合は 1 μm、MoS2 の場合は 500 nm、グラフェンの場合は 300 nm。

次のステップは、この方法と浮遊 2D 材料膜の適合性を調査し、ガラス基板を他の機能的な基板に置き換えることです。

このプロジェクトは、グラフェン フラッグシップおよびグラフェン フラッグシップ パートナーシップ プロジェクト FLAG-ERA JTC 2019 2D-NEMS 内で行われ、グラフェン フラッグシップのセンサー ワーク パッケージと連携しています。

参照

エンリコ、アレッサンドロ 他 「フェムト秒レーザー照射による超高速かつレジストフリーの 2D 材料のナノパターニング」 ACS ナノ 17.9 (2023): 8041-8052。 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

サイエンス ライター兼「グラフェンの多様性」イニシアチブのコーディネーター。

サイエンス ライター兼「グラフェンの多様性」イニシアチブのコーディネーター。